梁程+范皖元

摘 要：本文針對柴油發(fā)動機試驗過程中發(fā)現(xiàn)試驗樣機竄機油量大的故障現(xiàn)象，進(jìn)行了相關(guān)的試驗分析，故障排查，并設(shè)計改進(jìn)方案，通過試驗驗證優(yōu)化后新狀態(tài)效果，解決了柴油發(fā)動機試驗過程中出現(xiàn)的竄機油量大問題。

關(guān)鍵詞：柴油機；試驗；竄油量；缸蓋護罩；活塞環(huán)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.003

0 引言

發(fā)動機作為汽車的心臟，其性能決定了汽車的優(yōu)劣，因此發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性指標(biāo)尤為重要。但隨著柴油發(fā)動機技術(shù)發(fā)展，在關(guān)注性能指標(biāo)的同時，還要關(guān)注發(fā)動機基礎(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)呼吸系統(tǒng)的合理性，這是發(fā)動機正常工作的基石。

本文通過對某國Ⅴ柴油機竄機油量大問題進(jìn)行故障分析研究，逐一排查可能原因，提出優(yōu)化整改方案并進(jìn)行試驗驗證整改效果，解決了在試驗開發(fā)過程中出現(xiàn)的竄機油量大問題，并對柴油機呼吸系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)具有一定指導(dǎo)意義。

1 故障現(xiàn)象

某國Ⅴ柴油機在試驗開發(fā)過程中，統(tǒng)計了4臺樣機，竄油量達(dá)到3g/h，漏氣量達(dá)到93 L/min均出現(xiàn)漏氣量大，竄油量大問題，不滿足要求。

2 故障分析

根據(jù)對該機型呼吸系統(tǒng)及涉及的零部件運行的過程分析，認(rèn)為 導(dǎo)致竄油量大有兩個原因，一是漏氣量大，另一個是缸蓋護罩分離效率偏低。針對這兩個原因，做出更詳細(xì)的分析與排查。

3 原因排查及驗證

3.1 缸孔加工一致性排查

（a）可能原因：缸孔加工缺陷，缸孔絎磨偏差大。導(dǎo)致與活塞環(huán)匹配不良，造成漏氣。

（b）排查方案：根據(jù)可靠性試驗過程中測量的發(fā)動機的活塞漏氣量結(jié)果，此次發(fā)動機的活塞漏氣量較前期增加了20%左右。通過更換前期試驗用的缸體，測量漏氣量，進(jìn)行數(shù)據(jù)對比。

（c）結(jié)論：通過更換缸體，測量漏氣量數(shù)據(jù)如下圖，根據(jù)圖中活塞漏氣量數(shù)據(jù)基本一致，沒有明顯降低，可以排除缸體加工工藝一致性問題。

3.2 活塞及活塞環(huán)排查

（a）可能原因：活塞與缸孔配缸間隙大，活塞環(huán)顫振，活塞環(huán)結(jié)構(gòu)等對漏氣量大都有影響。

（b）排查方案：優(yōu)化第一道活塞環(huán)為偏桶面環(huán)，選擇偏桶面環(huán)是因為偏桶面環(huán)對氣缸表面的適應(yīng)性和對活塞偏擺的適應(yīng)性均較好，有利于密封。

（c）結(jié)論：制定4種方案驗證得出以下結(jié)果：

（1）方案1試驗結(jié)果最大活塞漏氣量比原機的漏氣量有所增加，說明活塞漏氣量大并非二環(huán)顫振引起的。

（2）方案2、3、4均驗證了偏桶面的活塞環(huán)對降低發(fā)動機活塞漏氣量有很大的改善，能夠控制發(fā)動機的活塞漏氣量在設(shè)計指標(biāo)范圍內(nèi)。

（3）其中方案3、4表明配缸間隙的優(yōu)化對發(fā)動機的活塞漏氣量及竄油量影響較小，但能夠影響發(fā)動機的機油耗，間隙越小，機油耗越好。

綜上所述發(fā)動機活塞漏氣量大的問題主要集中在活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及加工工藝上。

3.3 缸蓋護罩回油不暢排查

（a）可能原因：缸蓋護罩預(yù)分離壓損過大，重力回油小于氣體壓力。

（b）排查方案：模擬竄油量惡化情況，通過機油尺管向呼吸系統(tǒng)內(nèi)輸入壓縮氣體，從正常漏氣量一直增加到漏氣量為140L/min，漏氣量每增加10L/min做一次機油消耗試驗。驗證方案一是增加單向閥高度進(jìn)行試驗，驗證回油高度帶來的影響；驗證方案二是單向閥高度不變，增大檔板孔直徑的缸蓋護罩，以此來驗證減小壓損對竄油量的影響。

（c）試驗測量后的結(jié)果。（1）發(fā)動機的活塞漏氣量在90L/min以內(nèi)，竄油量均在設(shè)計指標(biāo)以內(nèi)，當(dāng)發(fā)動機的漏氣量超過100L/min，竄油量急劇增加，油氣分離器分離失效。（2）當(dāng)發(fā)動機的活塞漏氣量在100L/min，三號單向閥處的壓力差為0.5kpa，二號單向閥處的壓力差為0.3kpa，對應(yīng)回油的機油高度應(yīng)在60mm和36mm，而目前量產(chǎn)狀態(tài)的預(yù)分離單向閥的深度不足，導(dǎo)致儲油深度不足，壓力小于氣壓差，單向閥不回油，機油被帶出。（3）缸蓋護罩預(yù)分離擋板的孔徑增大后，預(yù)分離的過濾效率降低，發(fā)動機的活塞竄油量超過設(shè)計指標(biāo)，此方案不能滿足要求。

綜上所述，缸蓋護罩回油單向閥高度不夠，回油不暢是導(dǎo)致發(fā)動機竄機油量大原因之一。

4 解決方案及效果驗證

4.1 優(yōu)化活塞環(huán)設(shè)計方案

根據(jù)上述驗證驗證方案，偏桶面活塞環(huán)較現(xiàn)狀態(tài)能夠更有效的降低發(fā)動機的活塞漏氣量，試驗測得的最大漏氣量能夠控制在63L/min，竄油量0.4 g/h要求。最終優(yōu)化方案是將第一道氣環(huán)優(yōu)化為偏桶面環(huán)。裝配最終方案的樣件在耐久試驗中表現(xiàn)良好，漏氣量均在設(shè)計指標(biāo)以內(nèi)。

4.2 優(yōu)化缸蓋護罩預(yù)分離效果的設(shè)計方案

針對回油不暢問題，增加回油單向閥的儲油深度。設(shè)計在不改變缸蓋護罩預(yù)分離擋板的基礎(chǔ)上增加了回油單向閥處的儲油深度，消除回油風(fēng)險，優(yōu)化后進(jìn)行試驗驗證：在發(fā)動機的漏氣量110L/min時，缸蓋護罩回油單向閥的壓力差在0.5kpa和0.3kpa左右（如下圖），但發(fā)動機的竄油量滿足要求，整改有效。

5 結(jié)論

本文結(jié)合竄油量大問題，分析故障原因，得出竄機油量大的兩個原因，一是發(fā)動機活塞環(huán)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的漏氣量大，進(jìn)而造成竄機油量大；二是發(fā)動機缸蓋護罩單向重力回油閥高度不夠，通過優(yōu)化改進(jìn)活塞環(huán)結(jié)構(gòu)及缸蓋護罩回油單向閥的高度，解決了發(fā)動機竄機油量大問題。

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作者簡介：梁程（1986-），安徽滁州人，本科，工程師，研究方向：發(fā)動機試驗。endprint